(57)【要約】  電子顕微鏡は、円錐状の突起部（１１ａ）が形成されたエミッタ基板（１１）と、絶縁膜（１２）を介して形成されて穴（１３ａ）を有する引出し電極（１３）と、引出し電極（１３）上に積層され突起部（１１ａ）の頂点を露出させるための穴を有する４つの電極（１５、１７、１９、２１）と、各電極のそれぞれの間に形成された複数の絶縁膜と、を有する５段ゲート型微小電子源（１０）と、５段ゲート型微小電子源（１０）に形成された各電極とサンプル（４１）とに電圧を印加する電圧源（３０）と、サンプル（４１）を移動させるステージ（４０）と、サンプル（４１）から放出された２次電子に基づく信号、サンプル（４１）を流れる電流に基づく信号、の少なくとも１つの信号と、ステージ（４０）によってサンプル（４１）が移動させられた位置と、に基づいて、サンプル（４１）の画像を生成する演算処理部（８０）と、を備えている。電子顕微鏡は、電子ビームのスポット径を小さくして超微細な対象物を検査する。
2011046216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円錐状の突起部が形成されたエミッタ基板と、前記エミッタ基板に対して絶縁膜を介して形成され、かつ、前記突起部の頂点と略同じ高さに前記頂点を露出するための穴を有する引出し電極と、前記引出し電極上に積層され、かつ、前記突起部の頂点を露出させるための穴を有する４つ以上の電極と、前記引出し電極及び前記４つ以上の各電極のそれぞれの間に形成された複数の絶縁膜と、を有する電子源と、
前記電子源に形成された前記引出し電極、４つ以上の各電極、及び検査対象物にそれぞれ所定の電圧を印加することで、前記突起部から電子ビームを出射させると共に出射された電子ビームをフォーカスさせて前記検査対象物に照射させ、前記電子源に形成された前記４つ以上の各電極のうち最も外側にあり、かつ、前記検査対象物に最も近い最外電極に前記検査対象物よりも高い電圧を印加することで、前記検査対象物から放出された２次電子を前記最外電極に収集させる電圧印加手段と、
前記電子源に対して前記検査対象物を相対的に移動させて前記検査対象物に照射される電子ビームを走査させる検査対象物移動手段と、
前記検査対象物から放出され、かつ、前記電子源の前記最外電極で収集された２次電子に基づく信号、及び前記検査対象物を流れる電流に基づく信号、の少なくとも１つを検出する検出手段と、
前記検出手段で検出された信号と、前記検査対象物移動手段によって前記検査対象物が移動させられた位置と、に基づいて、前記検査対象物の画像を生成する画像生成手段と、
を備えた電子顕微鏡。
【請求項２】
前記電子源は、円錐状の突起部が形成されたエミッタ基板に対して、絶縁膜を形成し当該絶縁膜の上に電極を形成して前記突起部に沿って盛り上がった電極の頂点部分を除去するエッチバック法を５回以上繰り返し、その後、エッチングにより前記突起部を露出させることによって作製されたものである
請求項１に記載の電子顕微鏡。
【請求項３】
前記検出手段は、前記２次電子に基づく信号と、前記検査対象物を流れる電流に基づく信号と、を検出し、
前記画像形成手段は、前記検出手段で検出された前記２次電子に基づく信号と、前記検出手段で検出された前記検査対象物を流れる電流に基づく信号と、を減算した値又は除算した値を演算し、当該演算値と前記検査対象物移動手段によって前記検査対象物が移動させられた位置とに基づいて、前記検査対象物の画像を生成する
請求項１又は請求項２に記載の電子顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高繊細な電子ビームを形成する微小電子源であるフィールドエミッタアレイ（Field Emitter Array：ＦＥＡ）が研究され、既に４段ゲート型ＦＥＡが開発されている（非特許文献１参照）。【０００３】
４段ゲート型ＦＥＡは、非特許文献１の図３及び図４に示すように、４つの積層された電極ＥＸ、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を備えている。４段ゲート型ＦＥＡは、各電極ＥＸ、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３にそれぞれ所定の電圧が印加されると、静電レンズであるアインツェルレンズ（einzel lens）を形成する。そして、４段ゲート型ＦＥＡは、最下層のエミッタ基板から電子ビームを出射し、当該電子ビームを収束して陽極蛍光体（anode phosphor）に照射する。
【非特許文献１】アインツェルレンズ一体型フィールドエミッタアレイの作製（Fabrication of a Field Emitter Array with a Built-in Einzel Lens）、長尾ら、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス（Japanese Journal Of Applied Physics ）、４８巻、２００９年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１の４段ゲート型ＦＥＡは、電子ビームを収束してビームスポット径を小さくすることができる。しかし、同文献の図７に示すように、電極Ｇ２の電圧を−３０〜１００Ｖの範囲で調整しても、同文献の測定系においては、蛍光体の発光領域から評価したビームスポット径は約０．２５〜０．４５ｍｍしかならない。このため、４段ゲート型ＦＥＡから出射される電子ビームを使用して検査対象物を検査しようとしても、例えば半導体集積回路のような超微細な対象物については検査できない、という問題がある。なお、ゲート数が３段以下だと電子の照射方向にポテンシャル障壁が形成されてしまい、電子ビームの収束がさらに困難になる。【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するために提案されたものであり、電子ビームのスポット径を小さくして超微細な対象物を検査できる電子顕微鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明である電子顕微鏡は、円錐状の突起部が形成されたエミッタ基板と、前記エミッタ基板に対して絶縁膜を介して形成され、かつ、前記突起部の頂点と略同じ高さに前記頂点を露出するための穴を有する引出し電極と、前記引出し電極上に積層され、かつ、前記突起部の頂点を露出させるための穴を有する４つ以上の電極と、前記引出し電極及び前記４つ以上の各電極のそれぞれの間に形成された複数の絶縁膜と、を有する電子源と、前記電子源に形成された前記引出し電極、４つ以上の各電極、及び検査対象物にそれぞれ所定の電圧を印加することで、前記突起部から電子ビームを出射させると共に出射された電子ビームをフォーカスさせて前記検査対象物に照射させ、前記電子源に形成された前記４つ以上の各電極のうち最も外側にあり、かつ、前記検査対象物に最も近い最外電極に前記検査対象物よりも高い電圧を印加することで、前記検査対象物から放出された２次電子を前記最外電極に収集させる電圧印加手段と、前記電子源に対して前記検査対象物を相対的に移動させて前記検査対象物に照射される電子ビームを走査させる検査対象物移動手段と、前記検査対象物から放出され、かつ、前記電子源の前記最外電極で収集された２次電子に基づく信号、及び前記検査対象物を流れる電流に基づく信号、の少なくとも１つを検出する検出手段と、前記検出手段で検出された信号と、前記検査対象物移動手段によって前記検査対象物が移動させられた位置と、に基づいて、前記検査対象物の画像を生成する画像生成手段と、を備えている。【０００７】
請求項２の発明である電子顕微鏡は、請求項１に記載の電子顕微鏡であって、前記電子源は、円錐状の突起部が形成されたエミッタ基板に対して、絶縁膜を形成し当該絶縁膜の上に電極を形成して前記突起部に沿って盛り上がった電極の頂点部分を除去するエッチバック法を５回以上繰り返し、その後、エッチングにより前記突起部を露出させることによって作製されたものである。  【０００８】
請求項３の発明である電子顕微鏡は、請求項１又は請求項２に記載の電子顕微鏡であって、前記検出手段は、前記２次電子に基づく信号と、前記検査対象物を流れる電流に基づく信号と、を検出し、前記画像形成手段は、前記検出手段で検出された前記２次電子に基づく信号と、前記検出手段で検出された前記検査対象物を流れる電流に基づく信号と、を減算した値又は除算した値を演算し、当該演算値と前記検査対象物移動手段によって前記検査対象物が移動させられた位置とに基づいて、前記検査対象物の画像を生成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る電子顕微鏡は、電子ビームをフォーカスさせて微小のスポット径を形成するので、高精細な対象物を検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図である。
【図２】５段ゲート型微小電子源の拡大断面図である。
【図３】静電レンズが形成された状態の５段ゲート型微小電子源の模式図である。
【図４】サンプルの印加電圧に対する２次電子収集効率を示す図である。
【図５】第３電極及び第４電極に様々な電圧を印加した場合の電子ビームのスポット径を示す図である。
【図６】中間電極に印加される電圧に対するアノード上におけるスポット径の大きさを示す図である。
【図７Ａ】５段ゲート型微小電子源を集積化してカラム（列）状に配置した電子源アレイの正面図である。
【図７Ｂ】電子源アレイの斜視図である。
【図８】電子源アレイを用いた半導体製造におけるインライン検査を示す図である。
【図９】６段ゲート型微小電子源の拡大断面図である。
【図１０】静電レンズが形成された状態の６段ゲート型微小電子源の模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。【００１２】
図１は、本発明の実施の形態に係る電子顕微鏡の構成を示す図である。電子顕微鏡は、５段ゲート型微小電子源１０と、電圧源３０と、ステージ４０と、を備えている。５段ゲート型微小電子源１０は、５段ゲート型のフィールドエミッタアレイ（ＦＥＡ）である。電圧源３０は、５段ゲート型微小電子源１０の各々の電極に所定の電圧を供給する。ステージ４０は、検査対象物であるサンプル４１をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各方向にそれぞれ移動させる。なお、５段ゲート型微小電子源１０、及びサンプル４１を移動させるステージ４０は、真空容器４５の中に設けられている。【００１３】
上記電子顕微鏡は、更に、ドライバ５０と、制御系６０と、アンプ７０と、演算処理部８０と、を備えている。ドライバ５０は、ステージ４０を駆動させる。制御系６０は、電子ビームの走査範囲及び走査速度を制御する。アンプ７０は、サンプル４１から放出され５段ゲート型微小電子源１０で検出された２次電子に基づく信号を増幅する。演算処理部８０は、サンプル４１の状態を画像化する。【００１４】
図２は、５段ゲート型微小電子源１０の拡大断面図である。５段ゲート型微小電子源１０は、円錐状の突起部１１ａが形成されたエミッタ基板１１、エミッタ電極１１上に形成された第１絶縁膜１２、第１絶縁膜１２上に形成された引出し電極１３、引出し電極１３上に形成された第２絶縁膜１４、及び第２絶縁膜１４上に形成された第２電極１５を有している。【００１５】
更に、５段ゲート型微小電子源１０は、第２電極１５上に形成された第３絶縁膜１６、第３絶縁膜１６上に形成された第３電極１７、第３電極１７上に形成された第４絶縁膜１８、第４絶縁膜１８上に形成された第４電極１９、第４電極１９上に形成された第５絶縁膜２０、及び第５絶縁膜２０上に形成された第５電極２１、を有している。【００１６】
ここで、第１絶縁膜１２は、エミッタ基板１１の突起部１１ａの頂点部分が露出するようにエミッタ基板１１上に形成されている。引出し電極１３は、突起部１１ａに接することなく突起部１１ａの表面に沿って形成されている。引出し電極１３は、突起部１１ａの頂点からの延長軸上に、突起部１１ａの頂点を露出させるための第１穴１３ａを有している。なお、第１穴１３ａは、エミッタ基板１１の突起部１１ａの頂点の高さと略同じ位置に形成されている。【００１７】
第２絶縁膜１４は、引出し電極１３上に、第１穴１３ａを塞がないように形成されている。第２電極１５は、第２絶縁膜１４上に、引出し電極１３に接することなく引出し電極１３に沿って形成されている。第２電極１５は、突起部１１ａの頂点からの延長軸上に、第１穴１３ａより大きい第２穴１５ａを有している。【００１８】
第３絶縁膜１６は、第２電極１５上に、第２穴１５ａを塞がないように形成されている。第３電極１７は、第３絶縁膜１６上に、第２電極１５に接することなく第２電極１５に沿って形成されている。第３電極１７は、突起部１１ａの頂点からの延長軸上に、第２穴１５ａより大きい第３穴１７ａを有している。【００１９】
第４絶縁膜１８は、第３電極１７上に、第３穴１７ａを塞がないように形成されている。第４電極１９は、第４絶縁膜１８上に、第３電極１７に接することなく第３電極１７に沿って形成されている。第４電極１９は、突起部１１ａの頂点からの延長軸上に、第３穴１７ａより大きい第４穴１９ａを有している。【００２０】
第５絶縁膜２０は、第４電極１９上に、第４穴１９ａを塞がないように形成されている。第５電極２１は、５段ゲート型微小電子源１０の最外電極であり、第５絶縁膜２０上に、第４電極１９に接することなく第４電極１９に沿って形成されている。第５電極２１は、突起部１１ａの頂点からの延長軸上に、第４穴１９ａより大きい第５穴２１ａを有している。【００２１】
このように構成された５段ゲート型微小電子源１０は、非特許文献１（図１（ｂ）〜（ｅ））に記載されているエッチバック（etch-back）法を合計５回繰り返すことによって作製される。【００２２】
具体的には、円錐状に突起部１１ａが形成されたエミッタ基板１１に対して、以下の（１）〜（３）からなるエッチバック法が５回繰り返される。
（１）絶縁膜（ＳｉＯ２層）を形成してその上に電極（Ｎｂ層）を形成し、
（２）突起部１１ａに沿って盛り上がった頂点部分以外の電極にフォトレジストを回転塗布（spin coating）し、
（３）電極に反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）をしてフォトレジストを除去することで、突起部１１ａに沿って盛り上がった電極の頂点部分を除去する。
最後に、突起部１１ａの頂点部分が露出されるように、ＢＨＦ（buffered hydrofluoric）溶液でエッチングして、突起部１１ａの周辺の絶縁膜を除去する。この結果、図１及び図２に示す５段ゲート型微小電子源１０が作製される。【００２３】
このように作製された５段ゲート型微小電子源１０に対して、引出し電極１３及び第２電極１５には６０Ｖ、第３電極１７及び第４電極１９には１０Ｖ、第５電極２１には１００Ｖ、サンプル４１には８０Ｖが、電圧源３０によってそれぞれ印加される。なお、エミッタ基板１１は接地されている。なお、各電極に印加される電圧は、これらの例に限定されるものではない。例えば、引出し電極１３については、２０〜１００Ｖ、第２電極１５については２０〜１５０Ｖ、第３電極１７については−１００Ｖ〜＋１００Ｖ、第４電極１９については−１００〜＋１００Ｖ、第５電極２１については１００〜２００Ｖの範囲で印加される。【００２４】
５段ゲート型微小電子源１０は、上記のように各電極に電圧が印加されると、微小電子源及び収束光学系の各機能を発揮する。すなわち、５段ゲート型微小電子源１０は、電子ビームを出射し、この電子ビームを静電レンズ（アインツェルレンズ）で収束させてサンプル４１に照射させると共に、サンプル４１から放出された２次電子を検出する。【００２５】
図３は、静電レンズが形成された状態の５段ゲート型微小電子源１０の模式図である。５段ゲート型微小電子源１０の各電極に電圧が印加された場合、同図に示すように、第２電極１５と第３電極１７の間と、第４電極１９と第５電極２１の間とに、それぞれ静電レンズが形成される。そして、エミッタ基板１１の突起部１１ａから電子ビームが出射されると、電子ビームがフォーカスされ、この電子ビームがサンプル４１に照射される。【００２６】
ステージ４０は、ｘ軸方向及びｙ軸方向に移動することで、５段ゲート型微小電子源１０から出射された電子ビームをサンプル４１上で走査させる。また、ステージ４０は、ｚ軸方向に移動して、５段ゲート型微小電子源１０とサンプル４１とを所定の距離まで接近させる。そして、後述のサンプル４１の画像生成の際には、サンプル４１の画像の空間分解能が最適になるように、５段ゲート型微小電子源１０の動作条件が決定される。さらに、ステージ４０は、演算処理部８０の制御に従って、制御系６０を介してドライバ５０によって駆動される。このため、演算処理部８０は、サンプル４１上の電子ビームの照射位置を示す照射位置情報を検出できる。【００２７】
サンプル４１には上述のように８０Ｖが印加されており、サンプル４１に電子ビームが入射されると、入射された電子ビームに基づくサンプル４１内の電流値（入射電流値）が演算処理部８０で検出される。【００２８】
また、アンプ７０は、サンプル４１から放出され、かつ、第５電極２１で収集された２次電子に基づく、信号を増幅して演算処理部８０に供給する。このように、第５電極２１は、静電レンズを形成するためだけでなく、サンプル４１から放出された２次電子のコレクタとしても機能する。【００２９】
例えば、後述の画像の空間分解能を維持するためには、５段ゲート型微小電子源１０とサンプル４１との距離は５０μｍ以下とするのが望ましい。また、第５電極２１の直径の大きさは２００μｍ程度（放射角１２６度までの２次電子を捕獲）であり、ゲート口径（第５穴２１ａの口径）は４μｍ程度なので、２次電子の収集効率を計算する上では、その開口部の面積を無視できる。このように、５段ゲート型微小電子源１０とサンプル４１との距離は、上述のように５０μｍ以下と狭いので、２次電子の放出密度角度依存性を三角関数で近似でき、第５電極２１での２次電子の収集効率は９５％以上となる。【００３０】
また、入射電子ビームは、エネルギーが２００Ｖ以下である低エネルギーの電子ビームである。サンプル４１から放出される電子エネルギーの殆どは２次電子で占められ、反射電子やオージェ電子は含まれていない。このため、第５電極２１にサンプル４１より高い電圧が印加されると、サンプル４１から放出された殆どの２次電子は第５電極２１に取り込まれる。【００３１】
サンプル４１の電圧は高い方が、リターディング電界が小さく、電子ビームが収束しやすくなる。しかし、第５電極２１の電位がサンプル４１の電位よりも低くなってしまうと、サンプル４１からの２次電子が第５電極２１に到達しにくくなってしまう。本発明では、静電レンズの一部である第５電極２１の電圧を高めにし、サンプル４１の電圧を第５電極２１の電圧より低く設定することにより、この問題を解決している。【００３２】
さらに、電子ビームのフォーカスが形成された条件の下では、サンプル４１からゲート口径（第５電極２１の第５穴２１ａ）に２次電子が入射しても、その２次電子は最外電極の１つ下の収束電極（第４電極１９）のポテンシャルで跳ね返される。そして、２次電子は、第５電極２１に取り込まれる。このため、第５電極２１は、上述のように高効率で２次電子を収集できる。【００３３】
演算処理部８０は、サンプル４１内の入射電流値と、サンプル４１から放出された２次電子に基づく電流値と、を検出する。【００３４】
ここで、５段ゲート型微小電子源１０から出射された電子ビームの電流値をＩとし、出射された電子ビームのうちδ×１００［％］が２次電子として放出されると、２次電子に基づく電流値はδＩとなる。サンプル４１内の電流値は（１−δ）Ｉとなる。電流Ｉは予め計算可能又は測定可能であり、δは、電子ビームが照射された位置のサンプル４１の状態によって異なる。よって、サンプル４１の各々のｘｙ位置においてδＩ、又は（１−δ）Ｉが検出されれば、その値がサンプル４１の状態として検出される。【００３５】
そこで、演算処理部８０は、電子ビームの照射位置毎に、２次電子に基づく電流値δＩ又はサンプル４１内の入射電流値（１−δ）Ｉを検出して、その検出値を正規化（例えば２５６階調の輝度信号に変換）する。これによって、サンプル４１の画像を生成することができる。また、演算処理部８０は、電流値δＩ、入射電流値（１−δ）Ｉのいずれか一方を使用するのではなく、２つの電流値を減算又は除算し、求められた値を用いてサンプル４１の画像を生成してもよい。これにより、ＳＮ比を向上させることができる。【００３６】
なお、演算処理部８０は、電流値δＩ、入射電流値（１−δ）Ｉの少なくとも一方を使用して、上述した演算方法と異なる演算方法でサンプル４１の画像を生成してもよい。また、演算処理部８０は、上述のように生成された画像をモニタに表示してもよい。【００３７】
図４は、サンプル４１の印加電圧に対する２次電子収集効率を示す図である。すなわち、サンプル４１の印加電圧を可変パラメータとした場合の第５電極２１及びサンプル４１における２次電子の収集効率が示されている。なお、５段ゲート型微小電子源１０とサンプル４１の間隔は５０μｍであり、第５電極２１には１００Ｖの電圧が印加されている。【００３８】
図４に示すように、サンプル４１の印加電圧より第５電極２１の印加電圧を高くすれば、リターディング電界が形成され、第５電極２１で収集される２次電子の割合が増加する。その結果、サンプル４１の内部に収集される２次電子の割合が減少し、第５電極２１で高効率に２次電子が収集される。【００３９】
図５は、５段ゲート型微小電子源１０にアインツェルレンズを形成するための中間電極である第３電極１７及び第４電極１９に様々な電圧（−２０〜１００Ｖ）を印加した場合の電子ビームのスポット径を示す図である。このとき、スポット径は、１０〜２００ｎｍ（図２で、エミッタ基板１１に０Ｖ、引出し電極１３に６０Ｖ、第２電極１５に１００Ｖ、第３電極１７及び第４電極１９に−２０Ｖ、第５電極２１に１５０Ｖが印加される場合）となり、従来よりも非常に小さいスポット径が得られる。なお、スポット径は、各電極に印加される電圧だけでなく電流量にも依存する。【００４０】
なお、前述の例ではスポット径が１０〜２００ｎｍ程度であるが、ゲート段数を増やしたり、ゲートの厚膜化を行うことにより、このスポット径をさらに小さくすることができる。【００４１】
図６は、中間電極である第３電極１７及び第４電極１９に印加される電圧に対する、アノード（サンプル４１）上におけるスポット径の大きさを示す図である。なお、引出し電極１３に５０Ｖ、第２電極１５及び第５電極２１に１００Ｖの電圧が印加されている。【００４２】
また、参考として、同じ条件の下で、非特許文献１の４段ゲート型微小電子源によるスポット径の大きさが示されている。ここでは、４段ゲート型微小電子源の引出し電極に５０Ｖ、引出し電極の上形成された電極及びアノードに最も近い最外電極に１００Ｖの電圧が印加され、最外電極の１つ下に形成された電極が中間電極となる。【００４３】
同図によると、「５段」である５段ゲート型微小電子源１０は、「４段」である非特許文献１の４段ゲート型微小電子源に比べて、全体的にスポット径の大きさが小さくなる。また、「５段」の中間電極の電圧は、スポット径を最小値近傍の１×１０−５ｍ以下にする場合、５〜１０Ｖであればよい。これに対して、「４段」の中間電極は、スポット径を最小値近傍の２×１０−５ｍ以下にする場合、−５５〜−４５Ｖにする必要がある。すなわち、「５段」の中間電極は、「４段」に比べて小さい電圧で済ますことができる。【００４４】
以上のように、本実施の形態に係る電子顕微鏡は、５段ゲート型微小電子源１０を用いることで、サンプル４１の近傍に電子ビームをフォーカスできる。電子顕微鏡は、で高精細電子ビームを形成するために従来の電子顕微鏡で用いられた巨大な筐体が必要なくなり、最大１／１００００００程度の縮小化が可能となる。これにより、電子顕微鏡の筐体の省スペース化が図れ、装置自体の占有体積が小さいことで真空排気系の縮小化が図れるので、それに伴う消費電力の抑制を実現することができる。また、従来の電子線顕微鏡が、カソードから出て試料に到達する電子ビームの効率が1/100000程度なのに対し、本実施の形態に係る電子顕微鏡は、電子ビームの利用効率が100%に近く、加速電圧も100V程度である。従って、電子線顕微鏡は、装置自体の低消費電力も可能である。【００４５】
また、上記電子顕微鏡は、静電レンズを形成するための第５電極２１を用いて、サンプル４１から放出された２次電子を収集することができるので、２次電子を収集するための収集部を設ける手間やコストを省くことができる。さらに、上記電子顕微鏡は、静電レンズを形成するための中間電極の大きさを従来よりも小さくできるので、消費電力を抑制することができる。【００４６】
［その他の実施形態］
図７Ａは５段ゲート型微小電子源１０を集積化してカラム（列）状に配置した電子源アレイ１００の正面図である。図７Ｂは電子源アレイ１００の斜視図である。このように構成された電子源アレイ１００は、例えば半導体製造におけるインライン検査で使用可能である。【００４７】
図８は、電子源アレイ１００を用いた半導体製造におけるインライン検査を示す図である。５段ゲート型微小電子源が一列に集積された電子源アレイ１００は、ステージに搭載され、一方向に移動できるように構成されている。ステージ４０には、サンプルであるウエハ４１ａが載せられている。ウエハ４１ａは、電子源アレイ１００の移動方向と直交する方向に移動可能になっている。これにより、ウエハ４１ａが電子源アレイ１００の下を通過することで、ウエハ４１ａの検査が可能となる。【００４８】
なお、本実施形態では、５段ゲート型微小電子源１０を例に挙げて説明したが、微小電子源は５段ゲート型に限定されるものではなく、６段以上の多段ゲート型であってもよい。【００４９】
図９は、６段ゲート型微小電子源１０ａの拡大断面図である。６段ゲート型微小電子源１０ａは、図２に示す５段ゲート型微小電子源１０の第５電極２１の上に形成された第６絶縁体２２と、第６絶縁体２２上に形成された第６電極２３とを有している。【００５０】
ここで、第６絶縁膜２２は、第５電極２１上に、第５穴２１ａを塞がないように形成されている。第６電極２３は、第６絶縁膜２２上に、第５電極２１に接することなく第５電極２１に沿って形成されている。第６電極２３は、突起部１１ａの頂点からの延長軸上に、第５穴２１ａより大きい第６穴２３ａを有している。【００５１】
このように構成された６段ゲート型微小電子源１０ａは、円錐状に突起部１１ａが形成されたエミッタ基板１１に対してエッチバック法を６回繰り返し、突起部１１ａの頂点部分が露出されるようにＢＨＦ溶液でエッチングして突起部１１ａの周辺の絶縁膜を除去することで、作製される。【００５２】
このように作製された６段ゲート型微小電子源１０ａに対して、引出し電極１３及び第２電極１５には６０Ｖ、第３電極１７には２０Ｖ、第４電極１９及び第５電極２１には５Ｖ、第６電極２３には１００Ｖ、サンプル４１には８０Ｖが、電圧源３０によってそれぞれ印加される。なお、エミッタ基板１１は接地されている。６段ゲート型微小電子源１０ａは、上記のように各電極に電圧が印加されると、微小電子源及び収束光学系の各機能を発揮する。【００５３】
図１０は、静電レンズが形成された状態の６段ゲート型微小電子源１０ａの模式図である。６段ゲート型微小電子源１０ａの各電極に電圧が印加された場合、同図に示すように、第２電極１５と第３電極１７の間と、第４電極１９と第５電極２１の間とに、それぞれ静電レンズが形成される。また、第２電極１５に、引出し電極１３と同じ電圧が印加されている。第２電極１５は、静電レンズに引出し電極１３の影響を及ばさないようにするためのシールド電極となる。そして、エミッタ基板１１の突起部１１ａから電子ビームが出射されると、電子ビームがフォーカスされ、この電子ビームがサンプル４１に照射される。【００５４】
なお、電子源アレイは、図７及び図８に示すように１次元方向に集積化されたものに限らず、２次元方向に集積化されたものでもよい。これにより、ウエハ又は電子源アレイを移動させることなく、ウエハを検査することが可能になる。
【符号の説明】
【００５５】
１０  ５段ゲート型微小電子源
３０  電圧源
４０  ステージ
４１  サンプル
８０  演算処理部
【図１】
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【図２】
2011046216.tif 000004
【図３】
2011046216.tif 000005
【図４】
2011046216.tif 000006
【図６】
2011046216.tif 000007
【図７Ａ】
2011046216.tif 000008
【図７Ｂ】
2011046216.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年8月16日(2011.8.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円錐状の突起部が形成されたエミッタ基板と、前記エミッタ基板に対して絶縁膜を介して形成され、かつ、前記突起部の頂点と略同じ高さに前記頂点を露出するための穴を有する引出し電極と、前記引出し電極上に積層され、かつ、前記突起部の頂点を露出させるための穴を有する４つ以上の電極と、前記引出し電極及び前記４つ以上の各電極のそれぞれの間に形成された複数の絶縁膜と、を有する電子源と、
前記電子源に形成された前記引出し電極、４つ以上の各電極、及び検査対象物にそれぞれ所定の電圧を印加することで、前記突起部から電子ビームを出射させると共に、前記４つ以上の各電極により静電レンズを形成させて、出射された電子ビームを前記静電レンズでフォーカスさせて前記検査対象物に照射させ、前記電子源に形成された前記４つ以上の各電極のうち最も外側にあり、かつ、前記検査対象物に最も近い最外電極に前記検査対象物よりも高い電圧を印加することで、前記最外電極を用いて前記静電レンズを形成させると共に前記検査対象物から放出された２次電子を前記最外電極に収集させる電圧印加手段と、
前記電子源に対して前記検査対象物を相対的に移動させて前記検査対象物に照射される電子ビームを走査させる検査対象物移動手段と、
前記検査対象物から放出され、かつ、前記電子源の前記最外電極で収集された２次電子に基づく信号、及び前記検査対象物を流れる電流に基づく信号、の少なくとも１つを検出する検出手段と、
前記検出手段で検出された信号と、前記検査対象物移動手段によって前記検査対象物が移動させられた位置と、に基づいて、前記検査対象物の画像を生成する画像生成手段と、
を備えた電子顕微鏡。
【請求項２】
前記電子源は、円錐状の突起部が形成されたエミッタ基板に対して、絶縁膜を形成し当該絶縁膜の上に電極を形成して前記突起部に沿って盛り上がった電極の頂点部分を除去するエッチバック法を５回以上繰り返し、その後、エッチングにより前記突起部を露出させることによって作製されたものである
請求項１に記載の電子顕微鏡。
【請求項３】
前記検出手段は、前記２次電子に基づく信号と、前記検査対象物を流れる電流に基づく信号と、を検出し、
前記画像形成手段は、前記検出手段で検出された前記２次電子に基づく信号と、前記検出手段で検出された前記検査対象物を流れる電流に基づく信号と、を減算した値又は除算した値を演算し、当該演算値と前記検査対象物移動手段によって前記検査対象物が移動させられた位置とに基づいて、前記検査対象物の画像を生成する
請求項１又は請求項２に記載の電子顕微鏡。
【国際調査報告】
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